особенности передачи хромосомы ржи 2r при беккроссировании

advertisement
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
554
ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ХРОМОСОМЫ РЖИ 2R
ПРИ БЕККРОССИРОВАНИИ ПШЕНИЧНО-РЖАНЫХ
ЗАМЕЩЕННЫХ ЛИНИЙ 2R(2D)
РАЗЛИЧНЫМИ СОРТАМИ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ
Н.М. Красилова, И.Г. Адонина, О.Г. Силкова, В.К. Шумный
Учреждение Российской академии наук Институт цитологии и генетики
Сибирского отделения РАН, Новосибирск, Россия, e-mail: silkova@bionet.nsc.ru
Изучен характер передачи хромосом ржи 2R при беккроссировании пшенично-ржаных замещенных
линий 2R(2D)1, 2R(2D)2 и 2R(2D)3 (Triticum aestivum L. сорт Саратовская 29/ Secale cereale L. сорт
Онохойская, 2n = 42) сортами мягкой пшеницы Саратовская 29 (С29), Новосибирская 67 (Н67) и
линией Лютесценс 307/97-23 (Лют. 307). В потомствах гибридов BC1F2 2R(2D)1 × C29, 2R(2D)2 ×
× C29, 2R(2D)3 × C29, 2R(2D)3 × Н67 и BC1F1 2R(2D)3 × Лют. 307, 2R(2D)1 × Н67, 2R(2D)1 × Лют. 307;
Лют. 307 × 2R(2D)1 хромосомы ржи были обнаружены в дисомном, моносомном состояниях, встречались также телоцентрики и транслокации 2R/2D. Показано, что на частоту и характер передачи
хромосомы 2R влиял генотип как пшенично-ржаной замещенной линии, так и сорта, используемого
в скрещивании. При беккроссировании сортом Н67 хромосомы ржи линий 2R(2D)1 и 2R(2D)3 чаще,
чем в комбинациях скрещивания с Лют. 307 и С29, замещали хромосому 2D, после первого беккросса
в 26 % потомства гибридов образовывались хромосомы с перестройками. В потомстве реципрокного
скрещивания линии 2R(2D)1 с Лют. 307 хромосома 2R была обнаружена в кариотипах только двух
растений. Обсуждаются возможные механизмы образования транслоцированных хромосом между
гомеологами пшеницы и ржи.
Ключевые слова: T. аestivum, пшенично-ржаные замещенные линии, С-окрашивание, GISH, интрогрессия, телоцентрики, транслокации хромосом.
Введение
Геном ржи (Secale���������
cereale�
�������� L������������������
.) является потенциальным источником для передачи полезных
агрономических качеств мягкой пшенице (Triticum����������
���������
aestivum� L�������������������������������
.). Источником хроматина ржи в
селекции на устойчивость являются пшеничноржаные замещенные линии и линии с транслоцированными хромосомами (Friebe et���
al.,
�� 1996;
Rabinovich����������������������������������
, 1998). Самыми распространенными
являются транслокации �����������
T����������
1���������
RS�������
.1�����
BL���
и ����������
T���������
1��������
RS������
.1����
AL��,
которые присутствуют в геномах многих современных возделываемых коммерческих сортов
(Lukaszewski, 1990; Villareal et����
���
al�., 1998; ������
Mater� et�
al., 2004). Показано, что экспрессия генов устойчивости, содержания белка и урожайности зерна
у линий пшеницы с транслокациями ���������
T��������
1�������
RS�����
.1���
AL�
и T�������������������������������������
��������������������������������������
1������������������������������������
RS����������������������������������
.1��������������������������������
BL������������������������������
зависит как от происхождения
хроматина ржи, так и от генотипической среды
пшеницы (���������
Dhaliwal� et���
al.,
�� 1987; Kim�
���� et���
al.,
�� 2004).
Несмотря на многочисленные полезные признаки и свойства, которые приносит хромосома ржи
1�������������������������������������������
RS�����������������������������������������
для пшеницы, отмечается и ее отрицательное влияние на хлебопекарные качества (��������
Martin��,
Stewart��������
, 1986; Kim�
���� et���
��
al., 2004).
Источником интрогрессии хозяйственно
ценных качеств в геном пшеницы является
также хромосома ржи 2����������
R���������
(Friebe et���
��
al., 1996).
Хромосома 2������������������������������
R�����������������������������
не оказывает отрицательного
действия на качество зерна (�����������
Knackstedt� et���
��
al.,
1994; Hysing�
������� et���
al.,
�� 2007), присутствие 2���
RL�
значительно увеличивает содержание арабиноксилана в зерне, который важен как для качества
выпекаемых изделий, так и для питательной
ценности злаков (������
Boros� et���
al.,
�� 2002). 2�����������
R����������
в геноме
пшеницы способствует более эффективному
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
использованию растениями воды (�������
Ehdaie� et���
al.,
��
2003). На хромосоме 2���������������������
R��������������������
локализованы также
гены устойчивости к мучнистой росе, листовой и стеблевой ржавчине (��������������������
Heun����������������
, Friebe��������
��������������
, 1990;
Friebe� et���
��
al., 1994; ���������
McIntosh� et���
��
al., 1995; ��������
Merker��,
Forsstrom���������������
, 2000; Hysing�
������� et���
��
al., 2007), гессенской
мухе (�������
Friebe� et���
��
al., 1990; Sears�
������ et���
��
al., 1992). Таким образом, присутствие генов устойчивости,
хорошие характеристики качества пшеницы и
отсутствие отрицательного влияния на агрономическую продуктивность, связанные с 2���
R��,
делают эту хромосому одним из источников для
улучшения пшеницы.
Эффективность пшенично-ржаных транслокаций с 2�����������������������������������
RL���������������������������������
так же, как и с 1���������������
RS�������������
, зависит от
генотипической среды сорта, в который она
переносится (�����������
Knackstedt� et���
��
al., 1994; �������
Hysing� et�
al., 2007). Поэтому в практической селекции необходим детальный анализ передачи хромосом
ржи в различные сорта. Целью данной работы
было изучение характера передачи хромосом
2���������������������������������������
R��������������������������������������
при беккроссировании пшенично-ржаных
замещенных линий 2�����
R����
(2��
D�)1, 2�����
R����
(2��
D�)2 и 2�����
R����
(2��
D�)3
сортами мягкой пшеницы в процессе создания
почти изогенных пшенично-ржаных замещенных линий 2�������������������������������
R������������������������������
(2����������������������������
D���������������������������
) на сортах мягкой пшеницы
Саратовская 29 (С29), Новосибирская 67 (Н67)
и линии Лютесценс 307/97-23 (Лют. 307).
Материалы и методы
Растительный материал. В работе были
использованы пшенично-ржаные замещенные линии 2�����
R����
(2��
D�)1, 2�����
R����
(2��
D�)2 и 2�����
R����
(2��
D�)3
(T�����������
. aestivum�
��������� L�����������������������
. сорт Саратовская 29/ S����������
. cereale�
�������� L��.
сорт Онохойская, 2n = 42), в геноме которых
пара хромосом пшеницы 2�����������������
D����������������
замещена парой
гомеологов ржи 2�������������������������������
R������������������������������
(Силкова и др., 2006). Линии
отличаются между собой генотипической средой пшеницы (Добровольская, 2003). У линий
2R(2D)1, 2R(2D)2 и 2R(2D)3 процент локусов с
аллелями, отличными от Саратовской 29, составил 13,7 %, 32,0 % и 26,0 % соответственно. У
данных линий аллели микросателлитных локусов, отличные от таковых сорта Саратовская 29,
соответствуют аллелям, характерным для сорта
Новосибирская 67. Геномы линий 2�����
R����
(2��
D�)1 и
2�����
R����
(2��
D�)2 содержат одну и ту же хромосому ржи,
а линия 2�����
R����
(2��
D�)3 – другую, так как эти линии
получены в потомстве от разных гибридных
555
зерен �
F1. Линии 2�����
R����
(2��
D�)1 используются в исследовании благодаря толерантности к высоким
концентрациям ��������������
NaCl����������
, а 2�����
R����
(2��
D�)3 – высоким продуктивным качествам (Силкова и др., 2008).
Беккроссирование линий проводилось
сортами С29, Н67 и линией Лют. 307. Сорта
С29 и Н67 находятся в коллекции Института
цитологии и генетики СО РАН, линия Лют. 307
получена из CIMMYT�
�������.
Изучались кариотипы растений следующих
комбинаций скрещивания:
• BC 1F 2 2�����
R����
(2��
D�) 1 × �����������
C����������
29, 2�����
R����
(2��
D�) 2 × �����
C����
29,
2�����
R����
(2��
D�)3 × C����������
�����������
29, 2�����
R����
(2��
D�)3 × Н67 (1) (табл. 1).
• BC1F1 2�����
R����
(2��
D�)3 × Лют. 307, 2�����
R����
(2��
D�)1 × Н67,
2�����
R����
(2��
D�)1 × Лют. 307; Лют. 307 × 2�����
R����
(2��
D�)1 (2)
(табл. 2).
Предшествующие поколения гибридов
(��
BC1F1 (1) и �
F1 (2)) выращивались в одинаковых
условиях (поле 2010 г.), зерна BC
��1F2 были получены при самоопылении. Гибриды ��
BC1F2 (1)
и BC
��1F1 (2) поколений анализировались в условиях гидропонной теплицы (осень 2010 г.).
Цитологические методы. Отбор растений
с хромосомой 2�������������������
R������������������
среди гибридов ��
BC1F1 (1)
проводился на мейотических препаратах. Хромосомный состав кариотипов растений ��
BC1F2
и ��
BC1F1 идентифицировался на митотических
препаратах с помощью С-метода дифференциального окрашивания хромосом (Badaev et���
al.,
��
1985). Препараты анализировали с помощью
микроскопа «Ax��������
iostar��» ������������������������
(Zeiss). Изображение регистрировалось цифровой камерой для микроскопов Leica�������������������������������
������������������������������������
DFC���������������������������
������������������������������
295. Для идентификации пшенично-ржаных транслокаций использовалась
геномная in� ����
situ гибридизация в соответствии
с ранее опубликованной методикой (���������
Schubert�
et���
��
al., 1998). Перед GISH препараты были
обработаны РНКазой. Геномную ДНК S. cereale метили дигоксигенином с помощью реакции ник-трансляции и использовали в сочетании с 10–30-кратным избытком немеченой
фрагментированной ДНК T����������
�����������
. aestivum.
�������� Детекцию
проводили с помощью антител к дигоксигенину,
связанных с родамином (���������������������
Anti�����������������
-����������������
digoxigenin�����
-����
rhodamine�����
����
Fab� �����������������
fragments��������
, ������
Roche� ������������������
Applied�����������
����������
Science���
).
Препараты заключали в среду, замедляющую
выцветание флюоресценции (�����������������
Vectashield������
�����
mounting������������������������������������������
medium�����������������������������������
�����������������������������������������
, Vector Laboratories), содержащую
0,5 мкг/мл DAPI (4′,6-diamidino-2-phenylindol,
Sigma) для окрашивания хромосом, и анали-
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
556
Цитологически проанализированные беккроссные потомства гибридов:
2R(2D)1 × C29, 2R(2D)2 × C29, 2R(2D)3 × C29, 2R(2D)3 × Н67
Комбинация
скрещивания
2R(2D)1 × C29
2R(2D)2 × C29
2R(2D)3 × C29
2R(2D)3 × Н67
Таблица 1
Растения с хромосомой 2R Потомства растений с 2R
Высеяно
Изучено
в поколении гибридов BC1F1
в BC1F2 поколении
зерен
растений
(лето 2010 г.)
(осень 2010 г.)
(осень 2010 г.) (осень 2010 г.)
35–3
6
15
10
35–7
7
4
2
37–7
10
3
2
37–8
11
9
7
37–26
12
10
10
37–27
13
9
8
36–2
8
3
3
36–3
9
33
24
38–20
14
18
16
38–25
15
6
4
38–27
16
11
11
38–47
17
10
7
Таблица 2
Получение гибридов BC1F1:
2R(2D)3 × Лют. 307, 2R(2D)1 × Н67, 2R(2D)1 × Лют. 307, Лют. 307 × 2R(2D)1
Комбинация
скрещивания
2R(2D)3 × Лют. 307
2R(2D)1 × Н67
2R(2D)1 × Лют. 307
Лют. 307 × 2R(2D)1
Поколение гибридов
(лето 2010 г.)
F1
F1
F1
F1
Поколение гибридов
(осень 2010 г.)
BC1F1
BC1F1
BC1F1
BC1F1
зировали с помощью микроскопа «Axioskop»
2 Plus (Zeiss). Изображение регистрировалось
CCD���������������������
-камерой ������������
VC����������
-44 (�����
PCO��
).
Результаты
Изучение кариотипов гибридов BC
��1F2:
2�����
R����
(2��
D�)1 × C����������
�����������
29, 2�����
R����
(2��
D�)2 × C����
�����
29,
2�����
R����
(2��
D�)3 × C����������
�����������
29, 2�����
R����
(2��
D�)3 × Н67
Среди растений BC
��1F1 (поле 2010 г.) были
отобраны те, в геноме которых присутствовала хромосома ржи 2���������������������������
R��������������������������
(рис. 1, а, б), кариотип
одного растения (38–25) содержал плечо 2��
R�
(рис. 1, в) (табл. 1).
Высеяно зерен Изучено растений
(осень 2010 г.)
(осень 2010 г.)
22
15
22
15
10
5
12
7
У гибридов BC
��1F1 комбинации скрещивания
2�����
R����
(2��
D�)1 × ������������������������������
C�����������������������������
29 хромосомы ржи были идентифицированы у двух растений (табл. 1). Анализ
хромосомного состава у потомств этих растений
показал, что передача чужеродной хромосомы
происходит в половине случаев (табл. 3). В тех
кариотипах гибридов ��
BC1F2, которые содержали хромосому ржи 2�������������������������
R������������������������
, она была в моносомном
состоянии.
У гибридов BC
��1F1 комбинации скрещивания
2�����
R����
(2��
D�)2 × C�����������������������������
������������������������������
29 хромосомы ржи были обнаружены у четырех растений (табл. 1). Потомства
этих растений различались по наличию 2������
R�����
(от
0 до 60 %) (табл. 3). Хромосома ржи присутствовала в дисомном (рис. 2, а) и моносомном
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
557
Рис. 1. Метафаза I�����������������������
������������������������
в мейозе у гибридов ��
BC1F1.
Стрелками указаны: а – унивалентная хромосома ржи 2���������������������������������������������������
R��������������������������������������������������
; б – унивалентные хромосомы ржи 2����������������
R���������������
и пшеницы 2���
D��;
в – телоцентрик хромосомы ржи 2��
R�.
состояниях (рис. 2, б), были идентифицированы
также телоцентрики (рис. 2, в) (принадлежность
к короткому/длинному плечам не была установлена) и центрическая транслокация Т2������
R�����
.2���
DL�
(рис. 2, г) (табл. 4).
В потомствах двух растений гибридов BC
��1F1
комбинации скрещивания 2�����
R����
(2��
D�)3 × ��������
C�������
29 хромосомы ржи встречались с частотами 33,3 % и
45,8 % (табл. 3); в кариотипах гибридов ��
BC1F2
хромосома 2�������������������������������
R������������������������������
присутствовала в моносомном,
дисомном состояниях, также был обнаружен
телоцентрик (табл. 4).
Таблица 3
Частота встречаемости
растений с хромосомами ржи 2R
в ��
BC1F2 поколении гибридов (осень 2010 г.)
Комбинация
скрещивания
2R(2D)1 × C29
2R(2D)2 × C29
2R(2D)3 × C29
2R(2D)3 × Н67
Растений
№
Изучено с хромопотомства растений сомой 2R,
шт. (%)
6
10
6 (60)
7
2
1 (50)
10
2
1 (50)
11
7
0 (0)
12
10
6 (60)
13
8
2 (25)
8
3
1 (33,3)
9
24
11 (45,8)
14
16
13 (81,3)
15
4
2 (50)
16
11
4 (36,4)
17
7
6 (85,7)
В кариотипах гибридов, являющихся потомством четырех растений BC
��1F1 2�����
R����
(2��
D�)3 ×
Н67, хромосомы ржи встречались с частотами
от 36,4 % до 85,7 % (табл. 3). Хромосома 2��
R�
была в моносомном и дисомном состояниях,
встречались кариотипы с телоцентрическими
хромосомами и ������������������������������
T�����������������������������
2����������������������������
R���������������������������
.2�������������������������
DL�����������������������
(табл. 4). Растений с
телоцентриками среди всех изученных было
26,3 %. В потомстве гибрида 38-25 был обнаружен не только телоцентрик, но и пшенично-ржаная транслоцированная хромосома T��������
���������
2�������
R������
.2����
DL��.
Изучение кариотипов гибридов BC
��1F1:
2�����
R����
(2��
D�)3 × Лют. 307, 2�����
R����
(2��
D�)1 × Н67,
2�����
R����
(2��
D�)1 × Лют. 307, Лют. 307 × 2�����
R����
(2��
D�)1
Среди изученных растений BC
��1F1 2�����
R����
(2��
D�)3 ×
× Лют. 307 и 2�����
R����
(2��
D�)1 × Н67 около половины
(53,33 %) было с хромосомой 2������������������
R�����������������
(табл. 5). Однако в кариотипах гибридов 2�����
R����
(2��
D�)1 × Н67 кроме
хромосом ржи нормальной структуры были
обнаружены пшенично-ржаные транслокации
Т2��������������������������������������������
R�������������������������������������������
.2�����������������������������������������
DL���������������������������������������
(рис. 3) и телоцентрик t��������������
���������������
2�������������
R������������
(табл. 6).
Растений с аберрантными хромосомами среди
всех проанализированных было 26,7 %. Анализ кариотипов реципрокных гибридов ��
BC1F1
2�����
R����
(2��
D�)1 × Лют. 307 и Лют. 307 × 2�����
R����
(2��
D�)1 позволил обнаружить только по одному растению с
хромосомой ржи 2������������������������
R�����������������������
в каждом из потомств.
Обсуждение
Результаты исследования хромосомного состава в кариотипах беккроссных потомств ��
BC1F2
и BC
��1F1 поколений показали, что передача хромосомы 2�����������������������������������
R����������������������������������
зависит как от генотипа пшенично-
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
558
Рис. 2. Фрагменты кариотипов растений ��
BC1F2 с хромосомами ржи 2����������������������
R���������������������
(указаны стрелками).
а – дисомик по хромосоме 2�������������������������������������������������������������������������������������
R������������������������������������������������������������������������������������
; б – моносомик по хромосоме 2������������������������������������������������������
R�����������������������������������������������������
; в – два телоцентрика t�����������������������������
������������������������������
2����������������������������
R���������������������������
; г – центрическая транслокация Т2������
R�����
.2���
DL�.
6
7
2R
2R
6
1
2R(2D)2 × C29
10
11
12
T2R.2DL
–
2R
2R+t2R*
2R
2R2R
1
0
5
1
1
1
2R
2R
2R2R
t2R
1
7
3
1
13
2R(2D)3 × C29
8
9
2R(2D)3 × Н67
Количество
хромосом 2R
и их структура
в кариотипе гибрида
Количество
растений
2R(2D)1 × C29
Комбинация
скрещивания
№ потомства
Количество
хромосом 2R
и их структура
в кариотипе гибрида
Количество
растений
Комбинация
скрещивания
№ потомства
Таблица 4
Характеристика кариотипов растений с хромосомами 2R в BC1F2 поколении гибридов
14
2R
2R2R
2R+t2R
t2R
t2R+T2R.2DL**
t2R
2R
T2R.2DL
t2R
2R
2R2R
t2R
t2R+t2R
7
2
1
3
1
1
2
1
1
3
1
1
1
15
16
17
* Телоцентрическая хромосома ржи; ** центрическая пшенично-ржаная транслокация.
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
Изучено
растений
Растений
с хромосомой 2R,
шт. (%)
2R(2D)3 × Лют. 307
2R(2D)1 × Н67
2R(2D)1 × Лют. 307
Лют. 307 × 2R(2D)1
25
26
27
28
15
15
5
7
8 (53,3)
8 (53,3)
1 (20)
1 (14,3)
Рис. 3. Геномная in� situ
���� гибридизация кариотипа
растения 26-11 с хромосомой T����������������
�����������������
2���������������
R��������������
.2������������
DL����������
(указана
стрелкой).
Количество
хромосом 2R
и их структура
в кариотипе
гибрида
2R(2D)3 × Лют. 307
2R(2D)1 × Н67
25
26
2R
2R
t2R
T2R.2DL
2R
2R
2R(2D)1 × Лют. 307
Лют. 307 × 2R(2D)1
27
28
Количество
растений
Комбинация
скрещивания
№ потомства
Таблица 6
Характеристика кариотипов
растений с хромосомами 2R
в BC1F1 поколении гибридов
8
4
1
3
1
1
ржаной замещенной линии, так и от генотипа
сорта, используемого в скрещивании.
Частота интрогрессии хромосом ржи в геном пшеницы Лют. 307 зависела от генотипа
линий. Замещение хромосомы пшеницы 2��
D�
при беккроссировании линии 2�����
R����
(2��
D�)3 была
успешной, 2�������������������������������
R������������������������������
была обнаружена в кариотипах
53,3 % растений, в то время как хромосома
ржи линии 2�����
R����
(2��
D�)1 в потомстве реципрокных
скрещиваний была идентифицирована у двух
растений (16,7 %) (табл. 7). Аберрантных хромосом в потомствах данных скрещиваний не
было обнаружено.
Влияние генотипа сорта было выявлено
при сравнении частот передачи хромосомы
2R линии 2R(2D)1 в геном сорта Н67 и линии
Лют. 307 (табл. 7). Половина растений в потомстве BС1F1 2R(2D)1 × Н67 имела в своих
кариотипах ржаную хромосому, в потомствах
2R(2D)1 × Лют. 307 и Лют. 307 × 2R(2D)1 таких
растений было два (16,7 %) (табл. 7). Подобные
результаты были получены при идентификации
хромосомы 2R в кариотипах гибридов BС1F2
2R(2D)3 × Н67 и 2R(2D)3 × С29. Замещение
хромосомы 2D у растений 2R(2D)3 × Н67 происходило чаще, чем у 2R(2D)3 × С29 (65,8 % и
44,4 % соответственно).
Анализ кариотипов интрогрессивных линий
T����������
. aestivum
�������� × T�������������
. timopheevii
����������� показал, что генотип
родительского сорта мягкой пшеницы влияет на
частоту и спектр замещений хромосом (Бадаева
Таблица 7
Характер передачи хромосом ржи 2R в BC1F1
и в BC1F2 поколениях гибридов
Комбинация
скрещивания
Изучено
растений
Комбинация
скрещивания
№ потомства
Таблица 5
Частота встречаемости растений
с хромосомами ржи 2R
в BC1F1 поколении гибридов (осень 2010 г.)
559
2R(2D)3 × Лют. 307
2R(2D)1 × Н67
2R(2D)1 × Лют. 307
Лют. 307 × 2R(2D)1
15
15
5
7
Растений с хромосомой 2R, шт. (%)
с перевсего
стройками
8 (53,3)
0
8 (53,3)
4 (26,26)
1 (20)
0
1 (14,3)
0
2R(2D)1 × C29
2R(2D)2 × C29
2R(2D)3 × C29
2R(2D)3 × Н67
12
27
27
38
7 (58,3)
9 (33,3)
12 (44,4)
25 (65,8)
0
2 (7,41)
1 (3,7)
10 (26,3)
560
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
и др., 2010). Из шести гибридных комбинаций
включая комбинации с участием Новосибирской 67 и Саратовской 29 интрогрессивные
линии сорта Новосибирская 67 характеризовались наиболее широким спектром замещений
и самым высоким средним числом замещений
на геном гибрида. Ранее также была показана
зависимость интрогрессии хромосом ржи от
генотипической среды реципиента. Популяции
F2 гибридов между пшенично-ржаной замещенной линией по хромосомам 1���������������
R��������������
+2������������
R�����������
и сортами
озимой пшеницы Holme���
��������
и ������������������
Kraka�������������
различались
по частотам встречаемости хромосом ржи.
В популяции гибридов �
F2, полученных при
скрещивании с сортом ���������������������
Holme����������������
, обнаружено 43
хромосомы 1����������������������������������
R���������������������������������
и 36 хромосом 2�����������������
R����������������
, а в популяции
гибридов �
F2, полученных при скрещивании с
сортом Kraka����������������������
���������������������������
, –104 хромосомы 1����
R���
и ���������
81 хромосома 2������������������������������
R�����������������������������
(���������������������������
Merker���������������������
, �������������������
Forsstrom����������
, 2000).
В настоящей работе генотип сорта влиял
и на частоты образования телоцентриков по
хромосоме ржи и транслокаций T����������
�����������
2���������
R��������
.2������
DL����
.В
скрещиваниях с сортом С29 хромосомы ржи линий 2�����
R����
(2��
D�)2 и 2�����
R����
(2��
D�)3 в большинстве случаев
передавались потомству нормальной структуры: только 2 (22,2 %) растения из 9 и 1 (8,3 %)
растение из 12 с хромосомами 2����������������
R���������������
имели в своем
кариотипе аберрантные хромосомы (табл. 7).
В потомстве гибридов 2�����
R����
(2��
D�)1 × C�����������
������������
29 транслоцированных хромосом 2�������������������
R������������������
не было обнаружено. В то время как у гибридов 2�����
R����
(2��
D�)3 × Н67
среди 25 растений с хромосомой 2������������
R�����������
10 (40 %)
имели телоцентрические и транслоцированные
хромосомы, а в BC
��1F1 поколении гибридов
2�����
R����
(2��
D�)1 × Н67 4 растения (50 %) из 8 в своих
кариотипах содержали телоцентрики и транслокации (табл. 7). Таким образом, беккроссирование сортом Н67 способствовало разрывам в
районе центромер хромосом пшеницы 2��������
D�������
и ржи
2�����������������������������������������
R����������������������������������������
и последующему воссоединению их плеч с
образованием робертсоновских транслокаций.
В предыдущем исследовании по передаче
хромосом пшеницы 5�������������������
D������������������
и ржи 5����������
R���������
самоопыленному потомству F
�2 димоносомика 5����
R���
5��
D�
были выявлены особенности интрогрессии
хромосомы 5�������������������������������
R������������������������������
при 5������������������������
R�����������������������
/5���������������������
D��������������������
замещении в геноме
пшеницы сорта Саратовская 29. Хромосома
5������������������������������������������
R�����������������������������������������
отличалась по характеру передачи от 2���
R��,
кроме телоцентриков t���������������������
����������������������
5��������������������
RS������������������
она образовывала
изохромосомы �����������������������������
i����������������������������
5���������������������������
RS�������������������������
и хромосомы с делециями
T�����������������������������������������
5����������������������������������������
RS��������������������������������������
.5������������������������������������
RL����������������������������������
-���������������������������������
del������������������������������
., транслоцированных хромосом
5����������������������������������������
R���������������������������������������
/5�������������������������������������
D������������������������������������
не было обнаружено (Силкова и др.,
2011).
В нашем эксперименте мы обнаружили
транслокации T������������������������������
�������������������������������
2�����������������������������
R����������������������������
.2��������������������������
DL������������������������
в потомстве у растений
с моносомными хромосомами 2�������������
R������������
и 2��������
D�������
. Моносомное состояние хромосом является провокационным фоном для образования телоцентриков
и транслокаций (������������
Lukaszewski� et���
��
al., 1982; Badaev
et���
��
al., 1985; �������
Davies� et���
��
al., 1985; Силкова и др.,
В печати). Интересно, что транслоцированные
хромосомы T����������������������������
�����������������������������
2���������������������������
R��������������������������
.2������������������������
DL����������������������
были обнаружены в последующем поколении растений, моносомных
по хромосоме 2������������������������������
R�����������������������������
. Это свидетельствует о том,
что транслокации сформировались в течение
одного мейотического цикла деления, когда обе
хромосомы претерпевали поперечный
������������������
разрыв
хромосомы в районе центромеры��������������
и затем центрические слияния. Доказательство возможности
образования робертсоновских транслокаций во
время мейотического деления было получено
при изучении мейоза растений, моносомных по
хромосомам пшеницы 1A и Elymus trachycaulus
1Ht с использованием GISH (�������
Friebe� et���
al.,
�� 2005).
Транслокации были обнаружены на стадии анафаза/телофаза ����������������������������������
II��������������������������������
, это указывало на то, что центрическое слияние произошло в интеркинезе.
Авторы предполагают, что причиной слияния
плеч хромосом является неспособность их
разорванных концов полностью стабилизироваться, восстанавливая теломеры, за один цикл
деления. Хотя хромосомы пшеницы способны
восстанавливаться de�����
novo
���� добавлением теломерных повторов, но это является постепенным
процессом, для чего клетке необходимо пройти
через несколько делений (�������
Friebe� et���
al., 2001).
��
Таким образом, хромосома, не способная
восстановить полностью функциональную
теломеру за время прохождения одного клеточного цикла, восстанавливается слиянием с себе
подобной, присутствующей в этом же ядре, в результате чего образуются транслокации. Кроме
этого, в нашем эксперименте была обнаружена
T�����������������������������������������
2����������������������������������������
R���������������������������������������
.2�������������������������������������
DL�����������������������������������
в потомстве растения с моносомным
t�������������������������������������������
2������������������������������������������
R�����������������������������������������
, что свидетельствует о возможности образования пшенично-ржаной транслокации при
условии «свежего» места разрыва только одной
хромосомы. Однако на сегодняшний день не
установлено, насколько стабильна ранее восстановленная теломера у телоцентриков.
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
Работа выполнена при финансовой поддержке программы Президиума СО РАН «Фундаментальные исследования, выполняемые совместно
со сторонними научными организациями»,
интеграционный проект № 129.
Литература
Бадаева Е.Д., Будашкина Е.Б., Билинская Е.Н., Пухальский В.А. Закономерности межгеномных
замещений хромосом у межвидовых гибридов
пшеницы и их использование для создания
генетической номенклатуры хромосом Triticum�
timopheevii� // Генетика. 2010. Т. 46. С. 869–889.
Добровольская О.Б. Характеристика пшеничноржаных замещенных линий с использованием
микросателлитных маркеров и изучение влияния
отдельных хромосом ржи на показатели андрогенеза in� �����
vitro: Автореф. дис. … канд. биол. наук.
Новосибирск, 2003.
Силкова О.Г., Добровольская О.Б., Дубовец Н.И. и др.
Создание пшенично-ржаных замещенных линий с идентификацией хромосомного состава
кариотипов C-бэндинг, GISH и SSR-маркерами
// Генетика. 2006. Т. 42. P�����������
������������
. 793–802.
Силкова О.Г., Щапова А.И., Шумный В.К. Передача
генетического материала ржи в геном мягкой
пшеницы методом межгеномного замещения
хромосом // Информ. вестник ВОГиС. 2008. Т. 12.
№ 4. С. 654–661.
Силкова О.Г., Леонова И.Н., Красилова Н.М., Дубовец Н.И. Преимущественная элиминация хромосомы ржи 5����������������������������������
R���������������������������������
в потомстве димоносомиков 5�����
R����
-5��
D�
// Генетика. 2011.
���������������
��������
���������
. 47. №
�� 8.
����������������
С. 1064–1072�.
Badaev N.S., Badaeva E.D., Maximov N.G., Zelenin A.V. Cytogenetic investigation of hybrids
produced by crossing of hexaploid Triticale with
common wheats // Theor. Appl. Genet. 1985. V. 70.
P. 536–541.
Boros D., Lukaszewski A.J., Aniol A., Ochodzki P. Chromosome location of genes controlling the content of
dietary fibre and arabinoxylans in rye // Euphytica.
2002. V. 128. P. 1–8.
Davies P.A., Pallotta M.A., Driscoll C.J. Centric fusion
between nonhomologous rye chromosomes in wheat
// Can. J. Genet. Cytol. 1985. V. 27. P. 627–632.
Dhaliwal A.S., Mares D.J., Marshall D.R. Effect of
1B/1R chromosome translocation on milling and
quality characteristics of bread wheats // Cereal
Chem. 1987. V. 64. P. 72–76.
Ehdaie B., Whitkus R.W., Waines J.G. Root biomass,
water-use efficiency, and performance of wheat-rye
translocations of chromosomes 1 and 2 in spring
bread wheat ‘Pavon’ // Crop Sci. 2003. V. 43.
P. 710–717.
561
Friebe B., Hatchett J.H., Sears R.G., Gill B.S. Transfer
of Hessian fly resistance from Chaupon rye to hexaploid wheat via a 2BS/2RL wheat-rye chromosome
translocation // Theor. Appl. Genet. 1990. V. 79.
P. 385–389.
Friebe B., Heun M., Tuleen N. et al. Cytogenetically
monitored transfer of powdery mildew resistance
from rye into wheat // Crop Sci. 1994. V. 34.
P. 621–625.
Friebe B., Jiang J., Raupp W.J. et al. Characterization
of wheat-alien translocations conferring resistance
to diseases and pests: current status // Euphуtica.
1996. V. 91. P. 59–87.
Friebe B., Kynast R.G., Zhang P. et al. Chromosome
addition by telomeric repeats in wheat occurs during
the first mitotic divisions of the sporophyte and is
a gradual process // Chromosome Res. 2001. V. 9.
P. 137–146.
Friebe B., Zhang P., Linc G., Gill B.S. Robertsonian
translocations in wheat arise by centric misdivision
of univalents at anaphase I and rejoining of broken
centromeres during interkinesis of meiosis II // Cytogenet. Genome Res. 2005. V. 109. P. 293–297.
Heun M., Friebe B. Introgression of powdery mildew
resistance from rye into wheat // Phytopathology.
1990. V. 80. P. 242–245.
Hysing S.C., Hsam S.L.K., Singh R.P. et al. Agronomic
performance and multiple disease resistance in
T2BS.2RL wheat-rye translocation lines // Crop Sci.
2007. V. 47. P. 254–260.
Kim W., Johnson J.W., Baenziger P.S. et al. Agronomic
effect of wheat-rye translocation carrying rye chromatin (1R) from different sources // Crop Sci. 2004.
V. 44. P. 1254–1258.
Knackstedt M.A., Sears R.G., Rogers D.E., Lookhart G.L.
Effects of T2BS.2RL wheat-rye translocation on
bread making quality in wheat // Crop Sci. 1994.
V. 34. P. 1066–1070.
Lukaszewski A.J. Frequency of 1RS.1AL and 1RS.1BL
translocations in United States wheats // Crop Sci.
1990. V. 30. P. 1151–1153.
Lukaszewski A.J., Gustafson J.P., Apolinarska B. Transmission of chromosomes through the eggs and pollen
of triticale × wheat F1 hybrids // Theor. Appl. Genet.
1982. V. 63. P. 49–55.
Martin D.J., Stewart B.G. Dough mixing properties of a
wheat-rye derived cultivar // Euphytica. 1986. V. 35.
P. 225–232.
Mater Y., Baenziger S., Gill K. et al. Linkage mapping
of powdery mildew and greenbug resistance genes
on recombinant 1RS from ‘Amigo’ and ‘Kavkaz’
wheat-rye translocations of chromosome 1RS.1AL
// Genome. 2004. V. 47. P. 292–298.
McIntosh R.A., Friebe B., Jiang J. et al. Cytogenetical
studies in wheat XVI. Chromosome location of a
562
Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, Том 15, № 3
new gene for resistance to leaf rust in a Japanese
wheat-rye translocation line // Euphytica. 1995.
V. 82. P. 141–147.
Merker A., Forsstrom P.O. Isolation of mildew resistant
wheat-rye translocations from a double substitution
line // Euphytica. 2000. V. 115. P. 167–172.
Schubert I., Shi F., Fuchs J., Endo T.R. An efficient
screening for terminal deletions and translocations
of barley chromosomes added to common wheat //
Plant J. 1998. V. 14. P. 489–495.
Rabinovich S.V. Importance of wheat-rye translocations
for breeding modern cultivars of Triticum aestivum L. // Euphytica. 1998. V. 100. P. 323–340.
Sears R.G., Hatchett J.H., Cox T.S., Gill B.S. Registration of Hamlet, a Hessian fly resistant hard red winter
wheat germplasm // Crop Sci. 1992. V. 32. P. 506.
Villareal R.L., Banuelos O., Mujeeb-Kazi A., Rajaram S.
Agronomic performance of chromosome 1B and
T1BL.1RS near-isolines in the spring bread wheat
Seri M82 // Euphytica. 1998. V. 103. P. 195–202.
TRANSMISSION OF RYE CHROMOSOME 2R IN BACKCROSSES
OF WHEAT-RYE 2R(2D) SUBSTITUTION LINES
TO VARIOUS COMMON WHEAT VARIETIES
N.M. Krasilova, I.G. Adonina, O.G. Silkova, V.K. Shumny
Institute of Cytology and Genetics, SB RAS, Novosibirsk, Russia,
e-mail: silkova@bionet.nsc.ru
Summary
Transmission of rye chromosome 2R in backcrosses of wheat-rye substitution lines 2R(2D)1, 2R(2D)2
and 2R(2D)3 (Triticum aestivum L. cv. Saratovskaya 29/ Secale cereale L. cv. Onokhoiskaya, 2n = 42) to
common wheat varieties Saratovskaya 29 (S29), Novosibirskaya 67 (N67), and line Lutescens 307/97-23
(Lut307) has been studied. Rye chromosomes are present in the progeny of hybrids BC1F2 2R(2D)1 ×
× C29, 2R(2D)2 × C29, 2R(2D)3 × C29, 2R(2D)3 × Н67 and BC1F1 2R(2D)3 × Lut307, 2R(2D)1 × Н67,
2R(2D)1 × Lut307; Lut307 × 2R(2D)1 in the disomic and monosomic states; also, telocentrics and 2R/2D
translocations have been recorded. The frequency and mode of 2R chromosome transmission is influenced
by the genotypes of both the wheat-rye substitution line and the variety used in backcrossing. In the
backcrossing to N67, rye chromosomes of lines 2R(2D)1 and 2R(2D)3 replace chromosome 2D more often
than in crosses to Lut307 or S29. Chromosomes with aberrations have been found in 26 % of hybrids after
the first backcross. In the reciprocal cross of 2R(2D)1 to Lut307, chromosome 2R has been found only in
two plants. Putative mechanisms forming translocations between homeological chromosomes of wheat
and rye are considered.
Key words: T. аestivum, wheat-rye substitution lines, C banding, GISH, introgression, telocentrics,
chromosome translocations.
Download